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Fahrrad- Tretgetriebe
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrrad-Tretgetriebe, bestehend
aus einem Tretlager und zwei ein Kettenrad antreibenden Tretkurbeln mit jeweils
einem Pedal, welches am freien Ende der Tretkurbel befestigt ist. Solche Fahrrad-Tretgetriebe
sind bei allen gebräuchlichen Fahrrädern vorgesehen.
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Sei den bisher bekannten Fahrrad-Tretgetrieben sind die Pedale drehbar
unmittelbar auf einer fest mit dem jeweiligen Tretkurbelende verbundenen Pedalachse
angeordnet.
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Befindet sich eine Tretkurbel in waagerechter Position, so wird beim
Fahrradfahren über das Pedal die Fußkraft in einem Winkel von ylZu zur Tretkurbel
eingeleitet. Dadurch steht die gesamte Fußkraft als Antriebskraft zur Verfügung.
Befindet sich die Tretkurbel jedoch in einer senkrechten Stellung, so kann über
das Pedal gar kein Drehmoment auf das Kettenrad ausgeübt werden,weil alle Kräfte
vom Pedal in Richtung der Tretkurbel nutzlos zum Tretkurbellager geleitet werden.
In den Zwischenstell-ungen der Tretkurbeln zwischen der Senkrechten und der Waagerechten
werden entsprechend der Winkelposition nur Teilkräfte der aufgebrachten Fußkraft
als Antriebskraft genutzt. Es ergibt sich somit, daß bei Fahrrädern mit herkömmlichen
Fahrrad-Tretqetrieb nur ein Teil der Fullkraft zur Erzeugung des ortriehs genutzt
werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrrad-Tretgetriebe
der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß der für den Mortrieb nutzbare Anteil
der aufgebrachten Fußkraft größer wird als bei den bisher bekannten Fahrrad-Tretoetrieben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch l angegebenen Maßnahmen
gelöst.
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Durch die erfindungsgemäße Gestaltung schwingt das Pedal unmittelbar
nach Erreichen des oberen Totpunktes der Tretkurbel beschleunigt nach vorne in Fahrtrichtung.
Dadurch wird die Fußkraft nicht mehr senkrecht, sondern zur tangentialen Richtung
hin abgelenkt in das Fahrrad-Tretgetrieb eingeleitet. Diese Ablenkung erreicht kurz
nach dem oberen Totpunkt ihr Maximum, findet aber von der 900-Stellung der Tretkurbel
bis zum unteren Totpunkt praktisch nicht mehr statt. Dadurch tritt im ersten Quadranten
eine Kraftverstärkung auf, die derart groß ist, daß sie vor allem beim Bergauffahren
mit einem Fahrrad, welches das erfindungsgemäße Fahrrad-Tretgetriebe aufweist, deutlich
spürbar ist. Hiervon abgesehen vermag man am oberen Totpunkt durch das Schwingen
des Pedals Schwung zu holen, was den Tretvorgang erleichtert.
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Durch die hängend Lagerung der Pedale gemäß der Erfindung tritt zunächst
beim Benutzer ein verandertes Fahrgefühl auf. An dei anijtrn Bewegungsablauf gewohnt
man sich allerdings sehr rasch. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Pedale
spielt im Gegensatz zur bisherigen Gestaltung von Fahrrad-Yretgetrieben die Fußwinkelstellung
eine große Rolle, weil dadurch das Maß des Ausschwenkens der Pedale bestimmt wird.
Der Fahrradfahrer setzt zur Erzeugung des Vortriebs nicht nur seine Oberschenkelmuskeln,
sondern zusätzlich die Fußmuskeln ein, was bekanntlich beim Gehen auch der Fall
ist und einen günstigeren
Fewegungsablauf darstellt als der bisherige
beim Fahrradfahren.
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Durch die in den Ansprüchen 2 und 3 angegebenen günstigen Weiterbildungen
der Erfindung wird der Bewegungsablauf bei Benutzung eines Fahrrads mit dem erfindungsgemäßen
Fahrrad-Tretgetriebe optimiert.
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Die beim Fahren auftretende Relativbewegung zwischen der Fußspitze
und der Tretfläche des erfindungsgemäß gestalteten Pedals kann besonders leicht
geschehen, wenn das Pedal wie in Anspruch 4 angegeben, ausgestaltet ist.
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Besonders guten Halt findet der Fuß, wenn die Trittfläche gemäß einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung fußseitig konkav geformt ist.
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Wenn das Pedal mit seinem Pedalarm einstückig aus Aluminiumdruckguß
oder einem vergleichbaren Werkstoff hergestellt werden soll, dann ist die'in Anspruch
6 angegebene Ausgestaltung der Erfindung glinstig. Das Pedal kann jedoch einfacher
gestaltet werden, wenn wie in Anspruch 7 angegeben, das Pedalachslager in einem
Gehäuse der Tretkurbel vorgesehen ist.
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Der Bewegungsablauf bei Benutzung eines mit dem Fahrrad-Tretgetriebe
gemäß der Erfindung ausgestatteten Fahrrads kann begrenzt verändert werden durch
die in Anspruch 8 angegebenen Maßnahmen.
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Um den Aufstieg auf ein Fahrrad mit dem erfindungsgemaBen Fahrrad-Tretgetriebe
zu erleichtrorn, kann es zweckmäßig sein, sich der im Anspruch 9 aiigegebenen Maßnahmen
zu hedienen, was allerdings im Regel all nicht notwendig
sein wi3d,
schließlich steigen Reiter auch über einen pendelnden Steigbügel auf ihr Pferd.
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Für die Zulassung im öfFentlichen Straßenverkehr ist es notwendig,
Fahrradpedale mit Rückstrahlerelementen auszustatten. Dies kann zweckmäßigerweise
wie im Anspruch 10 angegeben, erf'lgen.
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Wenn, wie das im Anspruch 11 angegeben ist, die Trittfläche der Pedale
relativ zum Pedal arm verstellbar ist, dann kann der Trittflächenwinkel entsprechend
den Wünschen des Fahrradbenutzers optimiert werden.
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Günstig ist es auch, die Trittfläche elastisch zu gestalten, weil
sie sich dann der Fuß form anpassen kann.
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Die Pedale können natürlich auch als Bügel oder Schuh ausgebildet
sein, was jedoch nicht nähererläutert ist.
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Die Erfindung läßt zahlreiche usführungsmo'glichkeiten zu. Das Grundprinzip
der Erfindung und eine konkrete Ausgestaltung sowie Kurven zur Erläuterung der Funktionsweise
sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 Eine schematische Ansicht auf ein Fahrrad-Tretgetriebe
gemäß der Erfindung Fig. 2 Eine 'ieitenansicht auf ein erfindungsgemäß gestaltetes
Pedal für das Fahrrad-Tretgetriebe gemäß Figur 1 Fig. 3 Eine Ansicht von vorn auf
das Pedal gemäß Figur 2
Fig. 4 Ein Diagramm, welches die Abhengigkeit
des AusschenkuJinkels des erfindungsgel mäßen Pedals von der Winkelstellung der
Tretkurbel zeigt.
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Fig. 5 Ein Diagramm, welches die nutzbare Kraft in Abhängigkeit von
der Winkelstellung der Tretkurbel zeigt.
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Die Figur 1 zeigt ein Fahrrad-Tretgetriebe 1, welches ein Kettenrad
2 und zwei Tretkurbeln 3,4 hat. Diese Tretkurbeln 3,4 stehen sich, wie bei Fahrrad-Tretgetrieben
üblich, genau gegenüber. An dem freien Ende der unteren Tretkurbel 4 ist ein Pedal
5 pendelnd befestigt. Auf gleiche Weise ist ein Pedal 6 am freien Ende der oberen
Tretkurbel 3 pendelnd angebracht. Jedes Pedal besteht aus einer Trittfläche 7 und
einem Pedal arm 8, wobei der Pedal arm 8 und die Trittfläche 7 vorzugsweise eine
starre Einheit bilden, zumindest aber nur begrenzt zueinander beweglich sind.
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Zur Verdeutlichung des Bewegungsablaufs ist das obere Pedal 6 in einer
solcher Position dargestellt, die bei Benutzung eines Fahrrads mit dem erfindungsgemäßen
Fahrrad-Tretgetriebe eintritt. Zwischen der Tretkurbel 3 und dem Pedal arm 8 ist
ein Winkel alpha eingezeichnet. Links oberhalb der Tretkurbel 3 und dm Pedal arm
8 ist die mit dem Fuß auf die Trittfläche 7 ausgeübte Pedalkraft F Ped und die tangential
zum Hettenrad 2 ausgervichtete, für den Vortrieb nutzbare Kraft F Nutz eingezeichnet.
Ebenfalls dargestellt ist die bei der Kräftezerlegung entstehende nutzlose, radialgerichtete
Kraft F rad.
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In den Figuren 2,3 ist eine beispielhafte Ausgestaltung
eines
Pedals 5 bzw 6 dargestellt. Die Tretfläche 7 des Pedals ist zum Fuß hin konkav ausgebildet
und verjüngt sich nach vorn. Diese Trittfläche 7 reicht von der Fußspitze bis etwa
zur Fußmitte. Der rückwärtige Teil 9 der Trittfläche 7 ist beispielsweise geriefelt,
damit der Fuß dort festen Halt findet. Der vordere Teil 11 der Trittfläche 7 soll
vorzugsweise glatt sein, damit die Fußspitze sich relativ zur Trittplatte 7 bewegen
kann. Unterhalb der Trittpiatte 7 ist nach rückwärts hin ein Rückstrahlelement 12
angeliracht.
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Der Pedal arm 8 bildet mit der Trittfläche 7 eine Einheit und ist
großflär;hig ausgebildet. Er geht nach oben hin in eine Pedalachsenlagerung 13 über.
In ihr ist eine Pedalachse 14 drehbar gelagert. Diese braucht nur in ein Gewindeloch
im Tretkurbelende eingeschraubt zu werden, um das Pedal 5 bzw 6 dort zu befestigen.
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Figur 2,3 zeigen auch einen bügelförmigen Vorsprung 15 im Bereich
des Pedallagers 13. Auf diesen Vorsprung 15 kann man treten, wenn man sich auf das
Fahrrad schwingen will. Man vermeidet dadurch, sich auf ein pendelndes Pedal stellen
zu müssen.
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Alternativ ist t!s moglich, am Tretkurbelende jeweils ein Gehäuse
vorzusehen, in welches ein Achslager anzuordnen ist. In einem solchen Fall kann
das Pedal eine starre Achse aufweisen.
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Zur Verdeutlichung des Bewegungsablaufs des erfindungsgemäßen Fahrrad-Tretgetriebes
sei nunmehr auf die Figuren 1, 4 und 5 Bezug genommen. Ist der obere Totpunkt von
der Tretkurbel 3 erreicht, so schwingt das Pedal 8, wie in der Zeichnung dargestellt,
nach vorn. Dabei entsteht
zwischen der Tretkurbel 3 und dem Arm
8 des Pedals 7 ein Winkel alpha. Erfahrungsgemän liegt dieser schon unmittelbar
nach Erreichen des oberen Totpunktes bei 150.
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Dadurch beträgt die tangentiale Kraftkomponente F Nutz der auf das
Pedal 6 wirkenden Fußkraft FPed F Nutz= F Ped x sin alpha Also bei alpha = 150 F
Nutz= F Ped x 0,26.
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Hierzu im Gegensatz ist die nutzbare Kraft F Putz'bei einem herksmmlichen
Tretgetriebe am oberen Totpunkt 0, da die Pedalkraft in Richtung der Tretkurbel
eingeleitet wird.
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Der Winkel alpha nimmt bis zur waagerechten Stellung -der Tretkurbel
3 nach Erreichen seines maximalen Wertes kurz nach dem oberen Totpunkt langsam ab.
Anschließend sind die Verhältnisse wie bei einem üblichen Tretgetriebe.
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flieser Sachverhalt wurde in der Figur 4 dargestellt, in der der Winkel
alpha als Funktion der Trstkurbelstellung eingetragen ist. Die Figur 5 zeigt die
nutzbare Kraft in Abhängigkeit von der rretkurbelstellung. Als Kurve a wurde der
Kraftverlauf bei einem normalen Fahrrad-Tretgetriebe gezeichnet, also eine exakte
Sinus-Kurve. Die Kurve b, welche den Kraftverlauf' bei dem erfindungsgemäßen Fahrrad-Tretgetriebe
zeigt unterscheidet; sich von der. Kurve a dadurch, daß sie im Bereich von 0-90°
oberhalb der Kurve a verläuft.
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